專利名稱：一種城市地下工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種城市地下工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)控制方法，屬于地下建筑 工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
城市地下工程與地面工程項(xiàng)目相比，由于其所處介質(zhì)的復(fù)雜性和不確定性， 且城市人口密度與建(構(gòu))筑物密度過(guò)大，因而在建設(shè)階段存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。 工程建設(shè)中由于人為或非人為因素導(dǎo)致工程事故，從而造成巨大經(jīng)濟(jì)損失、引 起嚴(yán)重社會(huì)影響的例子不勝枚舉。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外城市地下空間的開發(fā)中多次發(fā) 生大的事故，造成重大的人員傷亡和慘重的經(jīng)濟(jì)損失，并對(duì)社會(huì)的安定帶來(lái)一 定負(fù)面的影響。
由于我國(guó)城市地下空間開發(fā)歷史較短，經(jīng)驗(yàn)不足，在建設(shè)中存在著一些不 容忽視的問(wèn)題和不安全隱患，對(duì)潛在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)缺乏必要的分析和論證，以及人 們對(duì)客觀規(guī)律認(rèn)識(shí)不足、管理不到位，在上海、北京以及其他城市都出現(xiàn)過(guò)不 同程度的地鐵工程安全事故，造成了重大的人員傷亡和慘重的經(jīng)濟(jì)損失，并對(duì) 社會(huì)的安定帶來(lái)一定負(fù)面的影響，這些工程事故在留給人們慘痛教訓(xùn)的同時(shí)， 也為我們鳴響了城市地下工程安全建設(shè)的警鐘。在這種形勢(shì)下，進(jìn)行城市地下 工程建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)研究，探討地下工程安全和風(fēng)險(xiǎn)管理的內(nèi)容，研究 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)以及風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避的技術(shù)手段和方法，建立城市地下工程建設(shè) 安全評(píng)估管理系統(tǒng)，采用科學(xué)、合理的技術(shù)手段和方法，使各種風(fēng)險(xiǎn)得以控制， 通過(guò)預(yù)測(cè)和預(yù)防，將風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生率及風(fēng)險(xiǎn)損失降低到最低限度，是十分適時(shí)和 必要的。目前對(duì)地下工程施工造成的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的研究主要集中在風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)方法和風(fēng) 險(xiǎn)評(píng)估方法上，常用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與分析方法主要有基于信心指數(shù)的專家調(diào)査 法，模糊綜合評(píng)判方法，層次分析法，故障樹分析方法等。而在評(píng)估后如何從 技術(shù)層面給出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施和規(guī)避方法方面還不完善，不能形成完整的 風(fēng)險(xiǎn)控制體系。
本發(fā)明針對(duì)城市地下工程施工中的風(fēng)險(xiǎn)，提出了以地層變位分配控制為核 心的安全風(fēng)險(xiǎn)控制方法，通過(guò)信息反饋、過(guò)程控制以及過(guò)程恢復(fù)保證城市地下 工程施工中的施工安全。為了克服現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的不足,本發(fā)明提供一種城市地 下工程安全風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
城市地下工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)控制方法包括以下五個(gè)步驟 步驟l:既有結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀評(píng)估及安全性評(píng)價(jià)，對(duì)于施工影響范圍內(nèi)的既有重 要建(構(gòu))筑物進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)査建(構(gòu))筑物類型、目前情況與隧道的位置關(guān) 系，在各種典型變形模式下進(jìn)行安全性分析計(jì)算，得出建(構(gòu))筑物抗變形能 力戶，由此確定出極限強(qiáng)度，綜合考慮安全系數(shù)后可給出控制標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于復(fù)雜大 型地下結(jié)構(gòu)，應(yīng)給出各種不利狀態(tài)下臨時(shí)結(jié)構(gòu)的變形和受力控制標(biāo)準(zhǔn)，從而在 施工過(guò)程中通過(guò)監(jiān)測(cè)對(duì)安全性進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警。
步驟2:施工影響預(yù)測(cè)和施工方案確定，綜合考慮地質(zhì)條件、隧道設(shè)計(jì)參數(shù) 及施工情況進(jìn)行分析計(jì)算，得出隧道施工造成結(jié)構(gòu)變形預(yù)測(cè)值S?；诳尚械氖?工方案對(duì)影響進(jìn)行預(yù)測(cè)，以確定出附加影響最小的施工方案，而當(dāng)施工附加影 響不能滿足控制標(biāo)準(zhǔn)的要求時(shí)，則應(yīng)采取注漿加固等預(yù)處理措施，也可對(duì)結(jié)構(gòu) 提出加固要求，其目標(biāo)是是附加影響達(dá)到結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)可接受，而當(dāng)附加影響無(wú)法 達(dá)到整體控制要求時(shí)，可考慮采用"過(guò)程恢復(fù)"手段，以保證總體控制目標(biāo)不超限。步驟3:過(guò)程控制方案的制定和實(shí)施，當(dāng)建(構(gòu))筑物抗變形能力P大于或等于隧道施工造成結(jié)構(gòu)變形預(yù)測(cè)值S時(shí)，根據(jù)變位分配原理制定各階段控制值C,，否則需要采用改進(jìn)施工工法，提高建(構(gòu))筑物加固效果，實(shí)行過(guò)程恢復(fù)等手段保證既有結(jié)構(gòu)在施工中的安全。
步驟4:監(jiān)控量測(cè)及信息反饋/為施工步序，當(dāng)/ = 1時(shí)，開始施工，對(duì)各個(gè)施工步，根據(jù)工程特點(diǎn)和控制重點(diǎn)，選擇關(guān)鍵部位的重點(diǎn)控制指標(biāo)實(shí)施全過(guò)程監(jiān)測(cè)，在關(guān)鍵施工階段可進(jìn)行在線或遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理并及時(shí)反饋；按照施工監(jiān)測(cè)值風(fēng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，當(dāng)風(fēng)^C,時(shí)，分析原因加強(qiáng)施工措施，并與施工過(guò)程相結(jié)合，通過(guò)系統(tǒng)分析對(duì)工程的安全性作出評(píng)價(jià)和判斷，從而在施工措施上及時(shí)作出反應(yīng)。
步驟5:工后評(píng)估及結(jié)構(gòu)狀態(tài)修復(fù)，隧道施工完成后，客觀上不可避免地要對(duì)既有地鐵構(gòu)筑物造成影響，或?qū)Y(jié)構(gòu)的使用功能造成一些損害，因此應(yīng)對(duì)所造成影響的程度作出評(píng)價(jià)；同時(shí)根據(jù)損害的程度對(duì)恢復(fù)的必要性、可行性以及經(jīng)濟(jì)合理性作出分析和評(píng)估，并據(jù)此給出相應(yīng)的恢復(fù)方案、措施和建議。
本發(fā)明的有益效果是
(1) 適用于復(fù)雜城市地下工程建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)控制，比如隧道穿越既有建(構(gòu))筑物、管線、不良地質(zhì)體等；
(2) 使城市地下工程風(fēng)險(xiǎn)管理更具科學(xué)化，并且使得控制措施的可操作性，最終實(shí)現(xiàn)地下工程建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)管理的規(guī)范化；
(3) 在擬定的施工方法和工程條件下，結(jié)合工程實(shí)際、既往的監(jiān)測(cè)成果和理論分析及數(shù)值模擬結(jié)果，對(duì)每個(gè)施工階段的變形量進(jìn)行分解，即將總體目標(biāo)分解為階段目標(biāo)進(jìn)行控制，通過(guò)階段控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)達(dá)到對(duì)總體目標(biāo)的控制，從而確保了城市地下工程施工的環(huán)境安全。


6圖1為本發(fā)明城市地下工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)控制的工作程序圖；圖2為本發(fā)明施工過(guò)程中既有結(jié)構(gòu)沉降的預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
某城市地鐵車站下穿地鐵區(qū)間被列為特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，該車站采用淺埋暗挖法施工，為雙柱三跨島式暗挖車站，車站兩端為雙層結(jié)構(gòu)，中間為單層結(jié)構(gòu)，車站
總寬度24.2m。車站單層穿越既有地鐵的寬度為16.5m，新老結(jié)構(gòu)間凈距僅1.98m，在兩結(jié)構(gòu)間施作大管棚支護(hù)。為了保證新建車站穿越既有區(qū)間的安全，采用了本發(fā)明中的安全風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)控制方法。
(1) 如圖1所示，既有結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀評(píng)估及安全性評(píng)價(jià)，綜合考慮既有地鐵類型，既有地鐵目前情況以及既有地鐵與新建車站之間的關(guān)系，通過(guò)既有結(jié)構(gòu)及運(yùn)營(yíng)安全性的分析，分別給出了結(jié)構(gòu)沉降、水平變形和道床脫離值的控制標(biāo)準(zhǔn)，最終選定結(jié)構(gòu)的最大沉降值和差異沉降值作為控制指標(biāo)，其中最大沉降允許值為40mm，考慮到一定的安全儲(chǔ)備，最后采用36mm作為沉降控制值，預(yù)警值22mm，報(bào)警值為32mm。
(2) 施工影響預(yù)測(cè)和施工方案確定，大斷面淺埋暗挖地鐵車站通?？梢圆捎弥捶?、中洞法和側(cè)洞法施工，為此以既有結(jié)構(gòu)的最大沉降量為目標(biāo)，對(duì)這三種可行的施工方案進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)施工方法的優(yōu)化。采用上述三種施工方案，既有線結(jié)構(gòu)的最終沉降量分別為35mm、 47mm、 62mm?？梢?jiàn)在采用柱洞法施工時(shí)結(jié)構(gòu)的沉降量最小。因此選取柱洞法作為最終新建車站的施工工法。
(3) 如圖2中的曲線1所示，過(guò)程控制方案的制定和實(shí)施，在地鐵車站的開挖過(guò)程中，既有區(qū)間結(jié)構(gòu)的最終沉降量是由諸多工序累計(jì)形成的，而每一階段均有其相應(yīng)的沉降值控制標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)計(jì)算分析擬定出不同施工階段的既有結(jié)構(gòu)變形控制目標(biāo)值，形成控制方案，這時(shí)可按照擬定的方案進(jìn)行地鐵車站的施工。
(4) 如圖2中的曲線2所示，監(jiān)控量測(cè)及信息反饋，在施工過(guò)程中，對(duì)既有地
鐵結(jié)構(gòu)的沉降和變形采用靜力水準(zhǔn)儀進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)兩側(cè)洞管棚施作完畢，
結(jié)構(gòu)沉降值達(dá)到30mm，仍在控制范圍內(nèi)，但這時(shí)為了提高線路的運(yùn)營(yíng)標(biāo)準(zhǔn)在側(cè)洞開挖前實(shí)施了結(jié)構(gòu)抬升注漿，即"過(guò)程恢復(fù)"，使得側(cè)洞開挖、支撐完畢后結(jié)構(gòu)沉降值恢復(fù)到14.76mm。
(5) 如圖2中的曲線2所示，工后評(píng)估及結(jié)構(gòu)狀態(tài)修復(fù)，新建車站施工完成后，既有區(qū)間結(jié)構(gòu)沉降值為18.42mm;后經(jīng)工后評(píng)估后再次實(shí)施了側(cè)洞注漿抬升，即"工后恢復(fù)"，最終結(jié)構(gòu)沉降值為14.85mm。
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權(quán)利要求
1. 一種城市地下工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)控制方法，其特征在于該方法包括以下五個(gè)步驟步驟1既有結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀評(píng)估及安全性評(píng)價(jià)，對(duì)于施工影響范圍內(nèi)的既有重要建(構(gòu))筑物進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查建(構(gòu))筑物類型、目前情況與隧道的位置關(guān)系，在各種典型變形模式下進(jìn)行安全性分析計(jì)算，得出建(構(gòu))筑物抗變形能力P，由此確定出極限強(qiáng)度，考慮安全系數(shù)后可給出控制標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于復(fù)雜大型地下結(jié)構(gòu)，應(yīng)給出各種不利狀態(tài)下臨時(shí)結(jié)構(gòu)的變形和受力控制標(biāo)準(zhǔn)，從而在施工過(guò)程中通過(guò)監(jiān)測(cè)對(duì)安全性進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警；步驟2施工影響預(yù)測(cè)和施工方案確定，影響因素確定是綜合考慮地質(zhì)條件、隧道設(shè)計(jì)參數(shù)及施工情況進(jìn)行分析計(jì)算，得出隧道施工造成結(jié)構(gòu)變形預(yù)測(cè)值S，基于可行的施工方案對(duì)影響進(jìn)行預(yù)測(cè)，以確定出附加影響最小的施工方案，而當(dāng)施工附加影響不能滿足控制標(biāo)準(zhǔn)的要求時(shí)，則應(yīng)采取注漿加固等預(yù)處理措施，也可對(duì)結(jié)構(gòu)提出加固要求，其目標(biāo)是是附加影響達(dá)到結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)可接受，而當(dāng)附加影響無(wú)法達(dá)到整體控制要求時(shí)，可考慮采用“過(guò)程恢復(fù)”手段，以保證總體控制目標(biāo)不超限；步驟3過(guò)程控制方案的制定和實(shí)施，當(dāng)建(構(gòu))筑物抗變形能力P大于或等于隧道施工造成結(jié)構(gòu)變形預(yù)測(cè)值S時(shí)，根據(jù)變位分配原理制定各階段控制值Ci，否則需要采用改進(jìn)施工工法，提高建(構(gòu))筑物加固效果，實(shí)行過(guò)程恢復(fù)等手段保證既有結(jié)構(gòu)在施工中的安全；步驟4監(jiān)控量測(cè)及信息反饋，i為施工步序，當(dāng)i＝1時(shí)，開始施工，對(duì)各個(gè)施工步，根據(jù)工程特點(diǎn)和控制重點(diǎn)，選擇關(guān)鍵部位的重點(diǎn)控制指標(biāo)實(shí)施全過(guò)程監(jiān)測(cè)，在關(guān)鍵施工階段可進(jìn)行在線或遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理并及時(shí)反饋；按照施工監(jiān)測(cè)值Mi監(jiān)測(cè)結(jié)果，當(dāng)Mi≤Ci時(shí)，分析原因加強(qiáng)施工措施，并與施工過(guò)程相結(jié)合，通過(guò)系統(tǒng)分析對(duì)工程的安全性作出評(píng)價(jià)和判斷，從而在施工措施上及時(shí)作出反應(yīng)；步驟5工后評(píng)估及結(jié)構(gòu)狀態(tài)修復(fù)，隧道施工完成后，客觀上不可避免地要對(duì)既有地鐵構(gòu)筑物造成影響，或?qū)Y(jié)構(gòu)的使用功能造成一些損害，因此應(yīng)對(duì)所造成影響的程度作出評(píng)價(jià)；同時(shí)根據(jù)損害的程度對(duì)恢復(fù)的必要性、可行性以及經(jīng)濟(jì)合理性作出分析和評(píng)估，并據(jù)此給出相應(yīng)的恢復(fù)方案、措施和建議。
全文摘要
一種城市地下工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)控制方法，步驟為既有結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀評(píng)估及安全性評(píng)價(jià)，確定施工影響范圍內(nèi)重要建(構(gòu))筑物的安全性控制標(biāo)準(zhǔn)；施工影響預(yù)測(cè)和施工方案確定，確定附加影響最小的最優(yōu)化施工方案；過(guò)程控制方案的制定和實(shí)施，即在既定的施工方案下將沉降或應(yīng)力控制目標(biāo)進(jìn)行分解，明確每個(gè)階段的控制目標(biāo)；監(jiān)控量測(cè)及信息反饋，對(duì)關(guān)鍵施工部位和關(guān)鍵施工階段進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，判斷工程的安全性并在施工措施上及時(shí)作出反應(yīng)；工后評(píng)估及結(jié)構(gòu)狀態(tài)修復(fù)，施工完成后對(duì)恢復(fù)的必要性、可行性以及經(jīng)濟(jì)合理性作出分析和評(píng)估，給出相應(yīng)的恢復(fù)方案、措施和建議。適用于復(fù)雜城市地下工程建設(shè)的安全風(fēng)險(xiǎn)控制，使風(fēng)險(xiǎn)管理更具科學(xué)化和規(guī)范化。
文檔編號(hào)E21D9/14GK101498221SQ20091007823
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日
發(fā)明者侯艷娟, 張成平, 張頂立, 倩 房, 潔 蘇, 駱建軍 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)